CN115478278B - 一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，包括有重量比为1：0.2~0.5：0.1~0.2：0.1~0.2：0.02~0.05的若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精，余量为水，水中含有4%以下的氨基磺酸，本发明采用有机及无机缓蚀剂复配而成，有效提高了铝换热管在酸洗过程中的缓蚀效率、使用稳定、消耗量小，本发明药剂添加操作简单、与原有系统结合使用即可进行操作，无需增加外部设备、系统，操作控制简单。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
目前，低温多效海水淡化系统是北方沿海地区采用的主流技术海水淡化技术，特别是和热电厂结合实现“水电联产”方式，实现发电和制水方式的互补，实现淡水零开启。系统通常利用低品质蒸汽加热海水蒸馏出淡化水，长期运行易造成受热面（主要为管式换热效体）结垢，影响系统换热、增加制水成本、降低了系统效率，无法实现安全、稳定、经济运行。为避免和减水换热管结垢对系统造成的影响，增强系统系统传热效果及和降低制水能耗，减少蒸汽消耗及降低制水成本，通常采用化学清洗的方法去除换热管表面的垢及其它腐蚀产物等。
海水淡化装置一般根据运行情况，每运行2-3年即进行清洗。清洗介质通常为有机、无机酸，并加入一定量的缓蚀剂。工艺多采用盐酸、硫酸、氨基磺酸，并辅以缓蚀剂、消泡剂、表面活性剂等化学成分，加入效体内部用从上至下的喷淋方式冲洗换热管，底部水回收，利用清洗循环泵进行循环清洗，最终将换热管表面上的垢清洗及剥离，通常垢去除量可达90%以上，经试验验证效果明显。化学清洗过程中根据换热管上部垢成分及分布情况。在管路上结垢严重，特别是存在难溶垢的情况下，则还应采用“碱洗”或“中性洗”等工艺。清洗后的废液一般应经中和等后续处理工艺后，进行排放或综合处理。
目前国内大型低温多效海水淡化系统商业化运营的案例较少，多为与电厂或钢厂结合进行，且设备多为进口产品或是借鉴国外技术进行生产，仍沿用国外技术资料相关内容要求进行清洗，清洗次数及经验较少，没有达到进一步的消化及自主创新，没有形成系统性的化学清洗工艺流程及方法。从现有方案的清洗效果来看，经常出现清洗过程中由于工艺流程不具体、操作及控制不当而造成换热管表面腐蚀或清洗效果不佳而造成的“过洗”及“欠洗”现象，清洗药剂配比不均衡、检测不及时造成的清洗过程不受控，清洗过程中耗时、耗药及产生废水量较大等情况，整体效果不理想。
对此，本申请特提出一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂及其制备方法以解决上述技术问题。
发明内容
本发明提供了本发明提供了一种针对铝合金材质（型号为5052）做为换热管的低温多效海水淡化装置的化学清洗缓蚀剂，本发明采用有机及无机缓蚀剂复配而成，有效提高了铝换热管在酸洗过程中的缓蚀效率、使用稳定、消耗量小，本发明药剂添加操作简单、与原有系统结合使用即可进行操作，无需增加外部设备、系统，操作控制简单。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，包括若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠、糊精、有机酸与水；
所述若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精的重量比为1：0.2~0.5：0.1~0.2：0.1~0.2：0.02~0.05。
进一步，所述缓蚀剂中有机酸的含量≤4%。
进一步，所述若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精的重量比为1：0.3：0.1：0.1：0.02。
进一步，所述有机酸为氨基磺酸与柠檬酸，氨基磺酸与柠檬酸的复配比例为4:1。
一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂的制备方法，按照药剂浓度0.5%~5%的比例将重量比为1：0.3：0.1：0.1：0.02的若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精溶于水中，进行充分混合循环后加入氨基磺酸。
进一步，所述水中氨基磺酸的含量为2%~4%。
本发明的优点在于：本发明提供了一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂及其制备方法，具有以下优点：
本发明提供了一种针对铝合金材质（型号为5052）做为换热管的低温多效海水淡化装置的化学清洗缓蚀剂，主要用于装置采用氨基磺酸进行酸洗流程中使用，经实验和对比，该种缓蚀剂的配方（固体粉末）按照质量比为：若丁（二邻苯酸脲、淀粉、食盐、平平加或皂解粉组成，可直接采购市售产品）、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠%，糊精的重量比为1：0.2-0.5：0.1-0.2：0.1-0.2：0.02-0.05，本发明还提供了针对该缓蚀剂的制备方法，采用2%~4%的氨基磺酸为主剂，按上述比列进行复配的缓蚀剂，清洗实施前按照药剂浓度1%左右将缓蚀剂溶于水，并进行充分混合及循环后方可开始加酸，本发明采用有机及无机缓蚀剂复配而成，本发明在水中含有4%以下的氨基磺酸与柠檬酸，氨基磺酸与柠檬酸的复配比例为4:1，有效提高了铝换热管在酸洗过程中的缓蚀效率、使用稳定、消耗量小，本发明药剂添加操作简单、与原有系统结合使用即可进行操作，无需增加外部设备、系统，操作控制简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为残留物质量随混酸中氨基磺酸所占比例的变化曲线示意图；
图2为残留物质量随氨基磺酸所占比例的变化曲线示意图；
图3为腐蚀速率随氨基磺酸浓度的变化曲线示意图；
图4为腐蚀速率随柠檬酸浓度的变化曲线示意图；
图5为腐蚀速率随氨基磺酸浓度的变化曲线示意图；
图6为腐蚀速率随柠檬酸浓度的变化曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，包括若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠、糊精、有机酸与水；
其中若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精的重量比=1：0.2：0.1：0.1：0.02。
所述缓蚀剂中有机酸的含量≤4%。
本发明还提供了一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂的制备方法，按照药剂浓度0.5%~5%的比例将重量比为1：0.2：0.1：0.1：0.02的若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精溶于水中，进行充分混合循环后加入氨基磺酸，所述水中氨基磺酸的含量为2%~4%；
铝环腐蚀监测结果：在系统清洗期间，于1效底部不同部位安置了铝合金腐蚀监测挂片，对系统铝合金换热管腐蚀行为作进一步考察，各腐蚀监测挂片的腐蚀速率如下表所示：
铝合金腐蚀监测挂片腐蚀速率表：
其中1效下部A、1效下部B与1效下部C具体指代效体蒸发器的下部A、下部B以及下部C；从腐蚀挂片监测结果中可见，酸洗期间1效底部铝合金腐蚀挂片平均腐蚀速率为0.2715g/(m2·h)，虽然1效所有部位腐蚀监测挂片的腐蚀速率均低于《HG/T 2387-2007工业设备化学清洗质量标准》中对于铝及铝合金在化学清洗中腐蚀率的控制要求（2 g/(m2·h)），但效体蒸发器整体腐蚀速率比以往年份0.10~0.20g/(m2·h)的数值高。
实施例2：
一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，包括若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠、糊精、有机酸与水；
其中若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精的重量比=1：0.3：0.1：0.1：0.02。
本发明还提供了一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂的制备方法，按照药剂浓度0.5%~5%的比例将重量比为1：0.3：0.1：0.1：0.02的若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精溶于水中，进行充分混合循环后加入氨基磺酸；
进一步，所述缓蚀剂中含有2%~4%的氨基磺酸。
铝环腐蚀监测结果：在系统清洗期间，于1效底部不同部位安置了铝合金腐蚀监测挂片，对系统铝合金换热管腐蚀行为作进一步考察，各腐蚀监测挂片的腐蚀速率如下表所示：
铝合金腐蚀监测挂片腐蚀速率表：
其中1效下部A、1效下部B与1效下部C具体指代效体蒸发器的下部A、下部B以及下部C；从腐蚀挂片监测结果中可见，酸洗期间1效底部铝合金腐蚀挂片平均腐蚀速率为0.2715g/(m2·h)，虽然1效所有部位腐蚀监测挂片的腐蚀速率均低于《HG/T 2387-2007工业设备化学清洗质量标准》中对于铝及铝合金在化学清洗中腐蚀率的控制要求（2 g/(m2·h)），但效体蒸发器整体腐蚀速率比以往年份0.10~0.20g/(m2·h)的数值高。
实施例3：
一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，包括若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠、糊精、有机酸与水；
其中若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精的重量比=1：0.5：0.2：0.2：0.05，所述缓蚀剂中含有2%~4%的氨基磺酸。
本发明还提供了一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂的制备方法，按照药剂浓度0.5%~5%的比例将重量比为1：0.5：0.2：0.2：0.05的若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精溶于水中，进行充分混合循环后加入氨基磺酸，所述水中氨基磺酸的含量为2%~4%。铝环腐蚀监测结果：在系统清洗期间，于1效底部不同部位安置了铝合金腐蚀监测挂片，对系统铝合金换热管腐蚀行为作进一步考察，各腐蚀监测挂片的腐蚀速率如下表所示：
铝合金腐蚀监测挂片腐蚀速率表：
其中1效下部A、1效下部B与1效下部C具体指代效体蒸发器的下部A、下部B以及下部C；从腐蚀挂片监测结果中可见，酸洗期间1效底部铝合金腐蚀挂片平均腐蚀速率为0.2715g/(m2·h)，虽然1效所有部位腐蚀监测挂片的腐蚀速率均低于《HG/T 2387-2007工业设备化学清洗质量标准》中对于铝及铝合金在化学清洗中腐蚀率的控制要求（2 g/(m2·h)），但效体蒸发器整体腐蚀速率比以往年份0.10~0.20g/(m2·h)的数值高。
对上述实施例和对比例的海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂进行性能测试：
采用由七水硫酸锌、九水硅酸钠、EDP（50wt%）、PBTCA（50wt%）、HPMA（48wt%）与SC210（35wt%）组成的主要试剂，其中七水硫酸锌、九水硅酸钠组均为分析纯，所用HEDP（50wt%）、PBTCA（50wt%）、HPMA（48wt%）均为常用化工品，实验仪器采用自动补液旋转挂片实验仪与METTLER AL204分析天平；
1、对缓蚀性能的测定：
对腐蚀速率和缓蚀率进行测定，参照《海水冷却水处理药剂性能评价方法 第1部分：缓蚀性能的测定》进行，试片材质为5052铝合金标准腐蚀试片，规格50mm×25mm×2mm，实验用原海水取自电厂预处理沉降池。实验条件为：试液温度40℃，转速80R/min，实验周期24h。
测量常用清洗介质对5052铝合金的腐蚀行为：采用常温静态腐蚀实验，在相同实验条件下（介质温度20℃、介质浓度4%、实验时间17h），研究了常用8种清洗介质对5052铝合金标准试片的腐蚀行为，结果如表1所示：
表1：清洗介质筛选
由表1可知，在相同实验条件下，以上八种清洗介质对5052铝合金试片的腐蚀强弱顺序为：盐酸>EDTA四钠>磷酸>硫酸>硝酸>氨基磺酸>甲酸>柠檬酸；盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、EDTA四钠对铝合金的腐蚀性比较强，其中尤以盐酸为甚，腐蚀速率高达57.43mm/a；若采用盐酸清洗，即使添加高效缓蚀剂，也很难控制其对铝合金传热管的腐蚀；氨基磺酸、甲酸、柠檬酸对5052铝合金的腐蚀性较小。同时，由于氨基磺酸清洗后没有固体沉淀物形成，且柠檬酸在酸性条件下对铝合金的腐蚀有一定抑制作用，因此采用氨基磺酸和柠檬酸为主要清洗介质。
2、垢样溶解实验：
配置100mL质量体积浓度8%的氨基磺酸和柠檬酸混合溶液，加入碳酸钙或氢氧化镁，定速搅拌4～6h，待反应完全后，用G3或G4砂芯漏斗过滤，然后将漏斗置于烘箱中，在110℃条件下干燥2h～4h，冷却至室温后，用万分之一天平称量漏斗质量，通过质量差来计算残留物质量；
氨基磺酸和柠檬酸的溶垢性能测试：根据低温多效海水淡化装置传热管表面污垢成分分析结果，表明污垢组成多以碳酸钙或氢氧化镁为主。为此，选择分析纯碳酸钙或氢氧化镁作为研究对象，研究了氨基磺酸、柠檬酸对二者的溶解性能；
测试氨基磺酸和柠檬酸对碳酸钙的溶解性能：图1为当氨基磺酸和柠檬酸总浓度为8%时，残留物质量随混酸中氨基磺酸所占比例的变化曲线示意图，如图1所示；
从图1可知，在氨基磺酸和柠檬酸质量浓度为8%的混合清洗介质中，随着氨基磺酸占比的提高，残留物质量显著降低，表明增大氨基磺酸比例有利于碳酸钙的溶解。当氨基磺酸占比达到80%以上时，曲线较为平缓，残留物质量变化相对较小。另外，当柠檬酸根与碳酸钙的摩尔比小于3:2时，容易形成不溶于水的络合物，所以当混合酸介质中柠檬酸含量较高时，出现大量柠檬酸钙沉淀，致使残留物质量甚至超过了初始碳酸钙投加量。综上，当待清洗垢样中碳酸钙含量较多时，混合酸介质中氨基磺酸占比应≥80%，以保证清洗效果，避免形成柠檬酸钙沉淀；
测试氨基磺酸和柠檬酸对氢氧化镁的溶解性能：图2为当氨基磺酸和柠檬酸总浓度为8%时，残留物质量随氨基磺酸所占比例的变化曲线示意图，如图2所示，在氨基磺酸和柠檬酸质量浓度为8%的混合清洗介质中，随着氨基磺酸所占比例的增加，残留物质量亦随之增大，表明在混合酸介质中提高柠檬酸占比有利于氢氧化镁的溶解。由于通常情况下，低温多效海水淡化装置结垢类型多以碳酸钙垢为主，因此综合氨基磺酸和柠檬酸对碳酸钙、氢氧化镁的溶解效果，选择氨基磺酸和柠檬酸的复配比例为4:1。
测量氨基磺酸和柠檬酸对5052铝合金的腐蚀行为：图3为腐蚀速率随氨基磺酸浓度的变化曲线示意图，图4为腐蚀速率随柠檬酸浓度的变化曲线示意图，图5为固定总浓度10%条件下，腐蚀速率随氨基磺酸浓度的变化曲线示意图，图6为固定氨基磺酸浓度4%条件下，腐蚀速率随柠檬酸浓度的变化曲线示意图，如图3-图6所示，相较于柠檬酸，5052铝合金在氨基磺酸溶液中的腐蚀速率明显加快，单剂氨基磺酸、柠檬酸浓度变化对腐蚀速率的影响相对较小。在混合酸介质中，随着柠檬酸占比的提高腐蚀速率明显降低，在4%的氨基磺酸溶液中，添加1%的柠檬酸，5052铝合金的腐蚀速率由1.46mm/a下降至0.65mm/a，腐蚀速率降低约55%。综合2.1.2-2.1.3研究结果，优选氨基磺酸和柠檬酸复合比例为4:1。
缓蚀剂筛选:根据 上述研究结果可知，柠檬酸对 5052 铝合金的腐蚀性较小，腐蚀主要由氨基磺酸引起，可采用单一氨基磺酸进行清洗，根据低温多效海水淡化装置酸洗操作规程，在酸洗过程中一般维持游离氨基磺酸浓度在2%～4%之间。为此，以4%氨基磺酸为清洗介质，采用旋转挂片法，研究了不同种类缓蚀剂对 5052 铝合金的缓蚀效果。
目前大多数市售缓蚀剂的缓蚀效果相对较差，仅若丁、LX9-001 有明显的缓蚀效果。相比较而言，若丁缓蚀效果更为优良，缓蚀率能达到90%以上。当浓度为1.0%时，缓蚀率约为84%。此后，随着若丁浓度的增大，缓蚀率略有上升。当浓度为2.0%时，缓蚀率≥90%，目前现有技术中三种有机磷阻垢剂中以HPAA缓蚀性能最佳，尤其在低浓度时区别更加明显。当HPAA浓度为250mg/L时，缓蚀率接近90%。另外，除HPAA 外，其他四种有机磷容易在 5052铝合金表面形成白色沉积膜，而且用浓硝酸酸洗也不能完全去除，若丁对 5052 铝合金有较为优良的缓蚀效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，其特征在于：包括若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠、糊精、有机酸与水；
所述若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精的重量比为1：0.3：0.1：0.1：0.02；
所述有机酸为氨基磺酸与柠檬酸，氨基磺酸与柠檬酸的复配比例为4:1；
一种基于海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂的制备方法，按照药剂浓度0.5％～5％的比例将重量比为1：0.3：0.1：0.1：0.02的若丁、咪唑啉、二甲基硫脲、十二烷基硫酸钠与糊精溶于水中，进行充分混合循环后加入氨基磺酸。
2.根据权利要求1所述的一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，其特征在于：所述缓蚀剂中有机酸的含量≤4％。
3.根据权利要求1所述的一种海水淡化装置铝合金换热管清洗缓蚀剂，其特征在于：所述水中氨基磺酸的含量为2％～4％。
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